VDI 2038 Blatt 1-2012 Serviceability of structures under dynamic loads - Methods of analysis and evaluation in structural dynamics - Basics methods procedures and loads.pdf

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1、 ICS 17.160, 91.010.01, 91.080.01 VDI-RICHTLINIEN Juni 2012 June 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dynamischen Einwirkungen Untersuchungsmethoden und Beurteilungsverfahren der Baudynamik Grundlagen Methoden, Vorgehensweisen und Einwirkungen Serviceability of st

2、ructures under dynamic loads Methods of analysis and evaluation in structural dynamics Basics methods, procedures and loads VDI 2038 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be take

3、n as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP) Fachbereich Schwingungstechnik VDI-Handbuch Schwingungstechnik VDI-Handbuch Bautechnik Gebuderelevante Systeme Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZwecken

4、ichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:11.10Entwurf, deutschFormeredition:11/10Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772BerlinAlleRechtevorbehalten/All rightsreserved(a)VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2012Inhalt Seite Contents Pa

5、ge Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweise 8 3 Begriffe 10 4 Formelzeichen . 10 5 Methoden und Vorgehensweisen in der Baudynamik bei Fragen der Gebrauchstauglichkeit . 14 5.1 bersicht 14 5.2 Erfordernis einer baudynamischen Beratung und Planung 14 5.3 Einbindung

6、der Baudynamik in Planung und Auslegung . 17 5.4 Vorgehensweisen bei der bau-dynamischen Planung und Auslegung . 18 5.5 Anmerkungen zum Sicherheitskonzept zur Gebrauchstauglichkeit 20 6 Dynamische Einwirkungen, bersicht 22 7 Relevante dynamische Einwirkungen fr Fragen der Gebrauchstauglichkeit 25 7.

7、1 Anregungsarten und ihre Darstellungen . 25 7.2 Maschinen 30 7.3 Verkehr 34 7.4 Schiffsverkehr, Luftverkehr, tieffrequenter Luftschall aus Verkehr 41 7.5 Personen . 43 7.6 Baumanahmen 48 7.7 Wind. 53 7.8 Ermittlung von dynamischen Ein-wirkungen bei unbekannten Krften 61 Anhang 68 Schrifttum 72 Inde

8、x deutsch . 75 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 5 2 Normative references . 8 3 Terms and definitions 10 4 Symbols . 10 5 Methods and procedures in structural dynamics relating to serviceability questions . 14 5.1 Overview . 14 5.2 Requirement for structural dynamics consultation and pla

9、nning 14 5.3 Incorporation of structural dynamics in planning and design . 17 5.4 Procedures within structural dynamics planning and design . 18 5.5 Comments on the serviceability safety concept . 20 6 Dynamic loads, overview . 22 7 Relevant dynamic loads for questions of serviceability . 25 7.1 Typ

10、es of excitation and their representation . 25 7.2 Machines 30 7.3 Transportation 34 7.4 Waterborne traffic, air traffic, low-frequency airborne sound from traffic . 41 7.5 Persons . 43 7.6 Construction work . 48 7.7 Wind 53 7.8 Determination of dynamic loads with unknown forces 61 Annex 68 Bibliogr

11、aphy 72 Index English . 76 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI 2038 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Ric

12、htlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist

13、unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has be

14、en developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The

15、 use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Bei dynamischen Einwirkungen auf Bauwerke knne

16、n zur Bewertung der Auswirkungen grund-stzlich unterschiedliche Grenzzustnde herange-zogen werden. Von den drei Mglichkeiten Trag-fhigkeit, Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglich-keit wird in der Richtlinienreihe VDI 2038 aus-schlielich die Gebrauchstauglichkeit behandelt. Gebrauchstauglichkeit in di

17、esem Zusammenhang kann bedeuten: Begrenzung der Schwingungsbeanspruchungen von Bauwerken zur Vermeidung von die Nut-zung beeintrchtigenden (Schnheits-)Schden Begrenzung der Belstigung von Menschen sei es durch die Erschtterungen direkt oder durch den dabei abgestrahlten sekundren Luft-schall im Wohn

18、umfeld, unterwegs oder am Arbeitsplatz zur Sicherstellung des Wohlbefin-dens und der Leistungsfhigkeit Begrenzung der Schwingungseinwirkungen auf empfindliche Gerte und Einrichtungen zur Si-cherstellung von deren Funktionstchtigkeit Die heute zunehmende Bedeutung des Themas resultiert vor allem aus

19、folgenden Punkten: Leistungsfhigere Maschinen und Gerte haben zumeist auch ein hheres Erschtterungspoten-zial. Das Gleiche gilt fr schneller werdenden Verkehr sowie entsprechende Prozesse in Anla-gen (vgl. VDI 3842). Empfindliche Gerte und Einrichtungen sowie Forschungs- und Produktionssttten besitz

20、en ei-ne immer geringere Erschtterungsvertrglich-keit und stellen daher laufend hhere schwin-gungstechnische Anforderungen an den Auf-stellort, teilweise bereits bis in den Nanobereich. Die Tendenz zu Material sparenden Bauweisen mit hherer Ausnutzung der Werkstoffe und Introduction In evaluating th

21、e effects of dynamic loads on struc-tures, reference can be made to fundamentally different limit states. Of the three possibilities load-bearing capacity, durability and serviceability the series of guidelines VDI 2038 deals exclusively with serviceability. In this context serviceability can mean:

22、limiting the vibratory stress on structures in order to prevent (cosmetic) damage having a negative effect on utilization limiting the nuisance to or disturbance of indi-viduals either by vibrations directly or by the emitted secondary airborne sound in their liv-ing environment or when travelling o

23、r at work in order to secure their well-being and prevent impairment of their performance abilities limiting the effects of vibration on sensitive devices and equipment so as to ensure their functional capability The increasing importance of this topic today is due above all to the following factors

24、: More powerful machines and equipment in most cases also have a greater vibration potential. The same is true for transportation, whose speed is increasing, and for the corresponding processes in installations (cf. VDI 3842). Sensitive devices and equipment as also re-search and production faciliti

25、es are less and less able to tolerate vibration and are therefore con-tinually raising their vibration-related require-ments regarding installation locations, in some cases even into the nano range. The tendancy towards economical use of mate-rials in lightweight designs and construction B974908A824

26、A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 2038 Blatt 1 / Part 1 3 damit zum Leichtbau macht Strukturen zuneh-mend empfnglicher fr Schwingungsan

27、regun-gen aufgrund geringerer Massen, Steifigkeiten und Dmpfungen. Erschtterungsrelevante Baumanahmen finden zunehmend im Bestand statt, im Wohnumfeld, in der Nhe von Labors und vielfach in unmit-telbarer Nachbarschaft zu historischer Bausub-stanz (Denkmalschutz). Die Betroffenen sei es als Personen

28、 selbst, sei es als Betreiber oder Nutzer empfindlicher Ge-rte und Anlagen reagieren zunehmend sen-sibler und rechtsbewusster auf Beeintrchtigun-gen. Die Verursacher von Strungen, aber auch die Ingenieure, deren Planungen die Strungen verhindern sollen, sehen sich hufiger rechtli-chen Schritten gege

29、nber. Die Methoden, Schwingungen oder Luftschall zu messen und zu analysieren, sind grundstzlich vorhanden und in Normen und Richtlinien be-schrieben. Die zu erwartenden Schwingungen und Schallpegel mit verschiedenen Genauigkeitsan-sprchen rechnerisch zu prognostizieren ist eben-falls grundstzlich m

30、glich, jedoch gibt es hier weniger Erfahrungen und normative Hinweise. Bezglich der Bewertung ist das Bild uneinheit-lich. Whrend fr Erschtterungseinwirkungen auf Menschen in Wohnungen ein erprobtes Regelwerk vorliegt, gibt es entsprechende Werte fr andere Aufenthaltsorte berwiegend nur als Vorschlg

31、e in der Literatur. Dies gilt in gleicher Weise fr die Beurteilungskriterien von empfindlichen Gerten und Einrichtungen. Auch fr die Bewertung des sekundren Luftschalls fehlen weitgehend noch verbindliche Kriterien. Es ist daher das Ziel der Richtlinienreihe VDI 2038, die verstreuten Erkenntnisse zu

32、m The-ma Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken bei dynamischen Einwirkungen“ zusammenzutragen, zu ordnen und darzustellen. Dabei wird versucht, Vorgehenswege bei der Beurteilung der Ge-brauchstauglichkeit systematisch zu beschreiben, Lcken zu schlieen und soweit wie mglich kon-krete Formeln und Zahlen

33、 zu nennen. Schlielich zeigt die Erfahrung, dass bei den am Bau Beteiligten Bauherr/Nutzer, Genehmigungs-behrde, Entwurfsverfasser, Fachplaner groe Unsicherheit besteht, ob bei einem Bauvorhaben berhaupt und wenn ja, in welcher Planungsphase, methods is making constructions increasingly more sensiti

34、ve to vibration excitation due to lower masses and reduced stiffuess and damp-ing characteristics. Vibration related constructural measures are increasingly implemented in the existing build-ing infrastructure, in particular in the living en-vironment, in the vicinity of labaratories and in many cas

35、es in direct proximity to historic build-ings (protection of buildings and monuments of historic interest). Those affected either as individuals or as own-ers, operators or users of sensitive equipment and systems are reacting to impairments more and more sensitively and with greater aware-ness of t

36、heir legal rights. Not only the parties who are responsible for the source of vibration-related disturbances but even the engineers whose planning work is supposed to prevent such problems are increasingly being faced with legal actions. The methods for measuring and analyzing vibra-tions or airborn

37、e sound are generally available and discribed in standards and guidelines. In principle it is also possible to caIculate predictions for the expected levels of noise and vibrations. However less experience and fewer normative references are available here for this task. As regards evaluation the pic

38、ture lacks uniformity. Although a proven code of practice exists related to the effects of vibration on individuals in dwell-ings, the corresponding values for other structures with human occupancy are available in the litera-ture only in the form of recommendations. The situation is essentually the

39、 same with the evalua-tion criteria for sensitive devices and equipment. Even for the evaluation of secondary airborne sound there is still an extensive lack of binding criteria. It is therefore the aim oft he series of guidelines VDI 2038 to collect the fmdings scattered in the literature related t

40、o the “serviceability of structures under dynamic loads” and to arganize and present this information. At the same time an attempt will be made to provide a systematic description of procedures for evaluating the serviceability of structures, to fill up gaps and where possible to provide specific fo

41、rmulae and figures. Finally experience shows that uncertainties exist between the participating parties the owners and users of buildings, the approving authoroties, the architects, the planning specialists as to whether a construction project even needs (and if so, during B974908A824A6748CAAAA99BAB

42、349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI 2038 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 ein Fachingenieur fr Baudynamik (Fachingenieur fr Schwingungsfragen im Bauingenieurwese

43、n) hinzugezogen werden muss und wer dafr die Ver-antwortung trgt. Auch hier versucht die Richt-linienreihe VDI 2038 Hilfestellung zu geben und Kriterien zu nennen. Die Richtlinienreihe VDI 2038 besteht aus: Blatt 1 Grundlagen; Methoden, Vorgehensweisen und Einwirkungen Blatt 2 Schwingungen und Ersch

44、tterungen; Prog-nose, Messung, Beurteilung und Minderung Blatt 3 Sekundrer Luftschall; Grundlagen, Prog-nose, Messung, Beurteilung und Minderung Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2038. Das vorliegende Blatt 1 enthlt, wie oben e

45、rlutert, neben den Grundlagen im engeren Sinn die Hin-weise zur Einbindung des Fachingenieurs fr Bau-dynamik in den Planungs- und Auslegungsprozess sowie alle Aspekte der Einwirkungen. Im Anhang finden sich Angaben zur Prognosesicherheit. Blatt 2 enthlt die Verfahren zur rechnerischen Prognose sowie

46、 zur messtechnischen Ermittlung von Schwingungen und Erschtterungen und vor allem die Methoden, Kriterien und Anhaltswerte zur Beurteilung von Erschtterungseinwirkungen auf Bauwerke, Menschen und empfindliche Ger-te. Ferner werden die verschiedenen Mglichkeiten zur Erschtterungsminderung an der Quel

47、le, auf dem bertragungsweg und am Empfnger behan-delt. Die theoretischen Grundlagen sind in An-hang A bis Anhang C zusammengestellt. Blatt 3 erlutert die Phnomenologie des von den schwingenden Bauteilen abgestrahlten Luftschalls, des sogenannten sekundren Luftschalls, stellt Methoden zu dessen Progn

48、ose dar vor allem die Statistische Energieanalyse (SEA) und nennt Kriterien zu seiner Beurteilung. Ferner werden Hinweise zur Messung des sekundren Luftschalls gegeben und Minderungsmglichkeiten angespro-chen. Anmerkung: Der von der Quelle ber die Luft auf direktem Weg bertragene Schall wird im Gege

49、nsatz zum hier behan-delten sekundren Luftschall als primrer Luftschall bezeich-net. Dieser ist Thema der Bauakustik und des Schallimmissi-onsschutzes. Im englischen Sprachraum wird der sekundre Luftschall oft auch als re-radiated sound“ bezeichnet. Wegen der Analogie zu den deutschen Bezeichnungen wird hier dem Begriff secondary airborne sound“ der Vorzug gegeben. which planning phase) a